一种交流电机矢量控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于变频器领域，特别设及一种交流电机磁链自定向无PG(旋转编码器)矢 量控制系统。
【背景技术】
[0002] 变频器是将固定频率的交流电变换成频率连续可调的交流电的装置，在工业的各 个行业广泛应用。其控制对象为交流电机，即交流异步电动机和交流同步电动机。常见的 控制方式有：VF控制、无PG矢量控制、带PG矢量控制。其中无PG矢量控制较VF控制其低 频特性和动态性能要更加优异，但较带PG的矢量控制又省去了编码器，在保证运行性能的 基础上，降低了成本，减少了故障点。
[0003]目前通用的无PG矢量控制的控制策略是通过检测电机电流，通过磁链观测和速 度估算得到反电势（EMF)和转子的速度，从而实现像带PG矢量控制一样，有了速度闭环的 矢量控制。该控制方案虽然达不到带PG矢量控制的控制精度和动态性能，但相对于没有速 度闭环的电流矢量控制（VF控制)已经大大提高了电机的控制性能，特别是低速带载能力大 大提高，电机的力矩特性也较VF控制硬得多。
[0004] 上述控制策略在大多数异步电机的应用场合体现出很好的控制性能，该策略中只 检测电机的电流，电机的反电势是根据电机参数估算的，电机参数的准确性对整个控制的 系统的性能和鲁棒性的影响是很大的，而往往电机的参数会随着电机的老化和溫升的提高 发生较大的变化，那么该策略的控制性能就会大打折扣，当电机参数偏离较多时就会出现 启动时反转，甚至是飞车的现象，运在很多场合是不允许的，也是灾难性的，导致客户在使 用时都尽量避免工作在无PG矢量控制方式下，而更愿意选择控制特性更为稳定的VF控制。 当然也有一个研究方案是实现电机参数的实时在线辨识巧日常用的卡尔曼滤波器在线辨识 参数等)，但在线参数辨识需要的数字信号处理器的资源较多，而电机控制性能对实时性要 求很高，就需要处理器的性能很高，就增加了控制器的成本，往往也是不可取的。
[0005] 上述控制策略对同步机控制性能就很勉强，一方面对d轴和q轴阻抗不相同的同 步机的控制基本是失效的，另一方面该策略控制同步机运行时空载电流过大，即存在磁场 角度偏差，不但增加电机溫升，而且会使电机有稱磁的可能。
[0006]
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提出一种可靠性高且成本低的交流电机矢量控制系统。
[0008] -种交流电机矢量控制系统，其包括信号调整模块和磁通角与磁通转速估计模 块，其中，信号调整模块用于根据检测到的电机电流和电压估算出反电势EMF，并计算反电 势EMF在静止坐标系的矢量緩；磁通角与磁通转速估计模块，利用反电势EMF在静止坐标系 的矢量餐通过park变换護瑞:换象得到转子的旋转磁通角度謬，引入 得到反电势EMF在dq坐标系下的复频域的表达式，召-j-ie、。，从而得出磁通转速 馬。
[0009] 其中，所述信号调整模块包括： 零偏校正单元，用于去除检测到的电机电流和电压中的直流偏置； 反电势估算单元：通过公式
估算反电势EMF;和 相角和幅值校正单元：去除反电势EMF相角和幅值的误差，得到反电势EMF在静止坐标 系的矢量髮。
[0010] 其中，所述磁通角与磁通转速估计模块包括 Park变换单元，用于将反电势EMF在静止坐标系的矢量慧变换到dq坐标系讯 逆磁通积分器，用于通过||的逆变换得到逆磁通估算值
[0011] 其中，所述的交流电机矢量控制系统进一步包括与所述磁通角与磁通转速估计模 块的旋转速度估算器（shaftspeedestimator)。
[0012] 其中，所述的交流电机矢量控制系统进一步包括与所述磁通角与磁通转速估计模 块相连接的力矩估算器（shafttorqueestimator),其用于计算磁链和相应的力矩。
[0013] 其中，所述逆磁通积分器根据如下公式得到逆磁通估算值:
[0014] 其中，所述磁通角与磁通转速估计模块进一步包括direct模块，其用W产生转子 反电势EMF的方向。
[0015] 其中，所述磁通角与磁通转速估计模块进一步包括异步电机转子模型（IMRotor model),用于实现异步电机的弱磁控制。
[0016] 其中，所述磁通角与磁通转速估计模块进一步包括低通滤波器（LPF)，用于对估算 的磁链角度滤除高频噪声。
[0017] 与现有技术相比较，本发明的交流电机矢量控制系统可W实现精确的无速度传感 器矢量控制(无需机械传感器)，适用于几乎所有的交流电机，而且无需事先知道各种电机 参数；本发明的交流电机矢量控制系统通过测量电机的电流和电压，来精确估算实际的转 子磁通角，磁通幅值，电机的转速和加速度；本发明的交流电机矢量控制系统适用于所有类 型的交流电机(交流同步机和异步机)，实现完整的磁场定向控制。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的第一实施方式的交流电机矢量控制系统的示意图。
[0019] 图2是图I中交流电机矢量控制系统的矢量示意图。
[0020] 图3是本发明的第二实施方式的交流电机矢量控制系统的示意图。
[0021] 图4是图3中交流电机矢量控制系统的矢量示意图。
[0022] 图5是本发明的第S实施方式的交流电机矢量控制系统的示意图。
[0023] 图6是本发明的第四实施方式的交流电机矢量控制系统的示意图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的交流电机矢量控制系统采用检测电机电流和电压来估算磁通位置和幅 值，首先通过采样电机电流和电压，通过检测输出电压就可W得到准确的反电势（EMF)，有 了准确的反电势EMF，就可W根据电机方程得到准确的速度，通过速度计算磁链的角度，速 度到角度是积分得到的，就不会出现角度突变引起电机控制失步甚至飞车的现象。采用本 发明，可W在很宽的速度范围内，特别是在零速时仍能得到很准确的反电势估算值，从而实 现很好的动态性能和鲁棒特性。
[00巧]如图1所示，本发明第一实施方式的交流电机矢量控制系统包括信号调整模 块（si即alconditioning)和磁通角与磁通转速估计模块（（FluxAngleandFlux RotationalSpeedEstimator))，其中，信号调整模块用于根据检测到的电机电流和电压 估算出反电势EMF，并计算反电势EMF在静止坐标系的矢量靈；磁通角与磁通转速估计模 块，利用反电势EMF在静止坐标系的矢量I通过park变换錢殺.賴5議巧瀑得到转子的旋转磁 通角度§，引入捧SigE解S)护9得到在dq坐标系下的复频域的表达式，IJP磯纖音義輸， 从而得出磁通转速&S。
[0026] 所述信号调整模块包括： 零偏校正单元，用于去除检测到的电机电流和电压中的直流偏置； 反电势估算单元：通过公式
.估算反电势EMF;和 相角和幅值校正单元：去除反电势EMF相角和幅值的误差，得到反电势EMF在静止坐标 系的矢量奪。
[0027] 下面就图1所示的交流电机矢量控制系统的原理进行说明。
[0028] 在自定向无传感器控制算法中，通过电压/电流传感器来估计磁通矢量的瞬时 角位置和大小通过电机的转子反电势矢量产生一个估算的交流电机的磁通矢量。信号 调整模块根据端电压VS，和定子电流估算出反电势EMF。磁通角与磁通转速